无机材料物理性能第9讲课件.ppt

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1、6.无机材料的电导6.1概述6.2电导的物理现象6.3离子电导6.4电子电导6.5玻璃态电导6.6无机材料的电导6.7半导体陶瓷的物理效应6.8超导体本章的关键：理解并掌握如下公式的含义要理解电导，必须明确：1、参与导电的是那种载流子?——载流子类别。2、载流子的数量有多大?——载流子浓度、载流子产生过程。3、载流子迁移速度的大小?——载流子输运过程。6.1概述电学性能：材料受到某种或几种因素作用时，材料内部的带电粒子（载流子）发生相应的定向运动或者空间分布状态发生变化，由此导致宏观上出现电荷输运或电荷极化的现象。电学性能包括：导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电

2、性、热释电性、压电性和光电性等。导电性：在电场作用下，材料中的带电粒子发生定向移动从而形成宏观电流的现象，属于材料的电荷输运的特性。材料电学性能的应用6.2电导的物理现象一、电导的宏观参数欧姆定律示意图1、电导率和电阻率电导率：E：V/cm电阻率：欧姆定律的微分形式：注意：并非所有材料器件的导电性都服从欧姆定律，如：单项导通的二极管、具有放大作用的晶体管等器件。电导率和电阻率的意义意义：是材料的本征参数，与材料的形状尺寸无关，从而可以用来评价和比较材料的导电性。根据材料的电导率可把材料分为：超导体：≥1015Ω-1.m-1导体：在108～104Ω-1.m-1半导体：

3、在106～10-6Ω-1.m-1绝缘体：在10-8～10-20Ω-1.m-1注意：不同类别材料的导电性之间的界线有交叉重叠，不同资料中给出的界线也不完全一致。2、体积电阻和体积电阻率电流:电阻:板状样品：h－板状样品的厚度(cm)；S－板状样品的电极面积(cm2)；ρv－体积电阻率。管状试样的体积电阻圆片试样g精确测定结果:板状式样：3、表面电阻和表面电阻率圆片试样：VIabgr1r24、单电桥法(略)5、双电桥法（略）6、电位差计法（略）7、直流四端电极法适用于中高电导率的材料，能消除电极非欧姆接触对测量结果的影响。该式在试样尺寸比探针间距近似无限大的情况下成立，

4、实际上当试样的厚度及任一探针与试样最近边界的距离至少大于4倍探针间距时，即可认为满足上述要求。若测量薄膜等试样，该式中需引入修正因子（详见教材P163-164）。8、直流四探针法二、电导的物理特性1、载流子任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——载流子，就可以在电场下产生导电电流。金属中：自由电子无机材料中：电子（负电子/空穴）——电子电导离子（正、负离子/空位）——离子电导材料的导电现象，其微观本质就是载流子在电场作用下的定向迁移！（1）霍尔效应（1879年G.Hall发现）现象：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和

5、磁场方向上的两个面之间产生电势差，这种现象称霍尔效应。原因：源于电子在磁场作用下产生的横向移动。意义：证实了电子的粒子性，是电子电导的特征，利用其检验材料是否存在电子电导。IVHZXYJXZ霍尔系数电导率霍尔迁移率（2）电解效应离子电导的特征。离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新物质，这就是电解现象。法拉第电解定律：电解物质与通过的电量成正比。g=CQ=Q/F,g为电解物质的量，Q为通过的电量，C为电化学当量，F为法拉第常数。利用电解效应可以检验材料是否存在离子导电可以判定载流子是正离子还是负离子2、迁移率和电导率的一般表达式该式反映了

6、电导率的微观本质，即宏观电导率与微观载流子的浓度、每一种载流子的电荷量以及每一种载流子的迁移率的关系。（迁移率：载流子在单位电场中的迁移速度）6.3离子电导离子电导：带电荷的离子载流体在电场作用下的定向运动。晶体的离子电导主要有两类：１、固有离子电导（本征电导）：源于离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。（高温下显著）２、杂质电导：由固定较弱的离子运动造成的，主要是杂质离子。（较低温度下，杂质电导显著）1、本征电导：载流子——弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。一、载流子浓度弗仑克尔缺陷：离子进入晶格间隙，空位和间隙离子成对产生，FF↔Fi’+VF˙肖特基缺陷：离子跃迁到晶体

7、表面，正负离子空位成对产生，0↔VNa’+VCl˙（1）弗仑克尔缺陷弗仑克尔缺陷浓度：Ef：形成一个弗仑克尔缺陷（即同时生成一个填隙离子和一个空位）所需要的能量。（2）肖特基缺陷肖特基缺陷浓度：Es：离解一个阴离子和一个阳离子并到达表面所需能量。热缺陷的浓度取决于温度T和离解能E。在高温下，热缺陷浓度显著大起来，本征电导才显著。E与结构有关，一般肖特基缺陷较弗仑克尔缺陷形成能低很多，容易形成。在结构较为疏松，离子半径很小的的情况下，才能形成弗仑克尔缺陷。2、杂质电导杂质离子的存在，增加了电流载体数，而且使点阵发生畸变，杂质离子离解活化能变小。杂质载流子的浓度决定